СИНТЕЗ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА АЗОЛСОДЕРЖАЩИХ ТИОЭФИРОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Методы синтеза и применение полидентатных пиразолсодержащих лигандов (обзор литературы) 11
1.1 Способы получения производных пиразола 11
1.1.1 Получение производных пиразола, содержащие дополнительные
донорные атомы в линкере между гетероциклами 15
1.2. Способы получения и свойства тиоэфиров 18
1.2.1 Способы получения алкантиолов 18
1.2.2 Получение тиоэфиров алкилированием и арилированием
сероводорода, меркаптанов и их солей 19
1.2.3 Синтез тиоэфиров из тиокарбонильных соединений 24
1.3 Окисление тиоэфиров 28
1.3.1 Окисление тиоэфиров пероксидом водорода в присутствии
катализаторов 29
1.3.2 Окисление тиоэфиров с использованием
галогенпроизводных 31
1.4 Методы функционализации пиразольных циклов 34
1.4.1 Иодирование 34
1.4.2 Нитрование 37
1.4.3 Введение формильной группы 40
Глава 2 Синтез азолсодержащих тиоэфиров 42
2.1 Синтез бмс(азолил)производных с дополнительными атомами
серы 42
2.2 Исследование реакций окисления азолсодержащих тиоэфиров 51
2.3 Синтез азолсодержащих селеноэфиров 56
2.4 Функционализация пиразолсодержащих тиоэфиров 61
2.4.1 Иодирование пиразолсодержащих тиоэфиров 61
2.4.2 Нитрование и формилирование 2,2'-бмс(3,5-диметилпиразол-1-
ил)диэтилсульфида 66
2.5 Синтез комплексных соединений меди с серусодержащими лигандами 68
2.6 Исследование антиоксидантной активности комплексов пиразолсодержащих тиоэфиров с ионами меди(11) 73
Глава 3. Экспериментальная часть 77
3.1 Приборы для физико-химических исследований 77
3.2 Электрохимические измерения 78
3.3 Использованные методы квантовой химии и пакеты программ 78
3.4 Исследование влияния комплексов меди(П) на разложение активных
форм кислорода 79
3.5 Характеристики использованных веществ и методы их очистки 79
3.6 Методики синтеза бис(азолил)производных 86
3.7 Синтез комплексов 91
Выводы 96
Список литературы 97
Глава 1. Методы синтеза и применение полидентатных пиразолсодержащих лигандов (обзор литературы) 11
1.1 Способы получения производных пиразола 11
1.1.1 Получение производных пиразола, содержащие дополнительные
донорные атомы в линкере между гетероциклами 15
1.2. Способы получения и свойства тиоэфиров 18
1.2.1 Способы получения алкантиолов 18
1.2.2 Получение тиоэфиров алкилированием и арилированием
сероводорода, меркаптанов и их солей 19
1.2.3 Синтез тиоэфиров из тиокарбонильных соединений 24
1.3 Окисление тиоэфиров 28
1.3.1 Окисление тиоэфиров пероксидом водорода в присутствии
катализаторов 29
1.3.2 Окисление тиоэфиров с использованием
галогенпроизводных 31
1.4 Методы функционализации пиразольных циклов 34
1.4.1 Иодирование 34
1.4.2 Нитрование 37
1.4.3 Введение формильной группы 40
Глава 2 Синтез азолсодержащих тиоэфиров 42
2.1 Синтез бмс(азолил)производных с дополнительными атомами
серы 42
2.2 Исследование реакций окисления азолсодержащих тиоэфиров 51
2.3 Синтез азолсодержащих селеноэфиров 56
2.4 Функционализация пиразолсодержащих тиоэфиров 61
2.4.1 Иодирование пиразолсодержащих тиоэфиров 61
2.4.2 Нитрование и формилирование 2,2'-бмс(3,5-диметилпиразол-1-
ил)диэтилсульфида 66
2.5 Синтез комплексных соединений меди с серусодержащими лигандами 68
2.6 Исследование антиоксидантной активности комплексов пиразолсодержащих тиоэфиров с ионами меди(11) 73
Глава 3. Экспериментальная часть 77
3.1 Приборы для физико-химических исследований 77
3.2 Электрохимические измерения 78
3.3 Использованные методы квантовой химии и пакеты программ 78
3.4 Исследование влияния комплексов меди(П) на разложение активных
форм кислорода 79
3.5 Характеристики использованных веществ и методы их очистки 79
3.6 Методики синтеза бис(азолил)производных 86
3.7 Синтез комплексов 91
Выводы 96
Список литературы 97
В настоящее время полидентантные пиразолсодержащие лиганды находят широкое применение в разных отраслях промышленности, в том числе в медицине. Разрабатываются новые методы синтеза лигандов, содержащих несколько пиразольных циклов, соединенных гибким функционализированным мостиком. Такие лиганды способны образовывать хелатные комплексы с ионами переходных металлов и элементами главных подгрупп, а также обладать каталитическими и флуоресцентными свойствами. Особый интерес представляют азолсодержащие тиоэфиры в качестве моделей активных центров медьсодержащих ферментов типа I[1]. Немаловажное значение имеют и селеноэфиры в связи с их биологической активностью. Вместе с тем, химия селеноэфиров практически не изучена, существует только несколько публикаций [2-4], в которых продемонстрирована их привлекательность в качестве строительных блоков супрамолекулярной химии. Лиганды с длинным мостиком между гетероциклами также мало изучены. Благодаря своей гибкости, эти лиганды могут образовывать хелатные комплексы различной структуры. Свойства комплексов можно варьировать, вводя в их состав дополнительные лиганды - например, бипиридил, за счет которого увеличиваются антиоксидантная активность комплекса[5].
Целью работыявляется разработка простых и эффективных способов синтеза гетероциклических лигандов на основе азолов, в которых два или более гетероароматических фрагмента соединены гибким линкером, содержащим атомы серы и ее аналогов, а также их комплексов с ионами переходных металлов.
Задачи работы:
1 Разработать новый простой способ получения пиразолсодержащих дитиоэфиров, а также производных бензотриазола и селеносодержащих лигандов.
2 Исследовать реакции окисления бис(азолил)производных с
дополнительными атомами серы.
3 Разработать способы функционализации пиразолсодержащих
тиоэфиров, синтезировать их иод-, формил- и нитропроизводные.
4 Получить комплексные соединения меди(11) с пиразолсодержащими лигандами. Исследовать антиоксидантную активность синтезированных координационных соединений с ионами меди(11), содержащих пиразолсодержащие тиоэфиры в качестве лигандов.
Научная новизна:
1. Впервые показано, что в реакции сульфида натрия с 1-хлорметилбензотриазолом селективно образуется бензотриазолсодержащий тиоэфир.
2. Впервые исследована реакция окисления 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)диэтилсульфида, а также 1,3-бис(1,2,3-бензотриазол-1- ил)-2-тиапропана. Показано, что варьируя условия синтеза, возможно селективно получать соответствующие сульфоксиды или сульфоны.
3. Синтезированы ранее неизвестные иод-, формил- и нитропроизводные пиразолсодержащих тиоэфиров. Обнаружено, что одновременно с нитрованием 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил) диэтилсульфида происходит окисление атома серы до сульфоксидной группы.
4. Впервые показана возможность использования солей диизотиурония в качестве источников дитиолат-ионов для получения широкого ряда новых пиразолсодержащих дитиоэфиров, имеющих от двух до десяти метиленовых групп между двумя атомами серы. Впервые получен лиганд, содержащий, помимо мягких донорных атомов серы, жесткие донорные атомы кислорода в линкере между пиразольными циклами.
5. Предложен новый способ получения азолсодержащих селеноэфиров,
кристаллическая структура которых установлена методом рентгеноструктурного анализа, данные депонированы в Кембриджском банке структурных данных.
6. Получены ранее неизвестные координационные соединения пиразолсодержащих тиоэфиров с ионами меди(11). Исследованы их физико-химические свойства, а также антиоксидантная активность.
Практическая значимость работы: Предложен новый простой способ получения пиразолсодержащих дитиоэфиров по реакции солей диизотиурония с О-тозилатом 1-(2-гидрокси)-3,5-диметилпиразола, а также методы получения бензотриазолсодержащих и и селенсодержащих тиоэфиров. Разработаны способы функционализации пиразолсодержащих тиоэфиров, получены иод-, формил- и нитропроизводные. В результате эти соединения стали доступны как полупродукты в синтезе комплексных соединений - потенциальных катализаторов и биологически активных веществ. На основе 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)диэтилсульфида синтезированы комплексы, обладающие высокими показателями в качестве миметиков супероксиддисмутазы в клеточных системах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Новые способы получения бис(азолил)алканов с дополнительными донорными атомами серы, кислорода и селена в линкере между гетероциклами.
2. Методы функционализации пиразолсодержащих полидентатных тиоэфиров путем введения иод-, формил- и нитрогрупп.
3. Данные об антиоксидантной активности комплексов [1,5-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан]динитратомеди, [1,5-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан] диацетатомедьи, а также разнолигантного [1,5-бис(3,5-Диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан][2,2'- бипиридил]нитратомеди(11) нитрата.
Структура диссертации: В первой главе представлен литературный обзор по методам синтеза и применению полидентатных пиразолсодержащих лигандов, а также методам функционализации гетероциклов.
Во второй главе описываются предлагаемые нами способы получения азолсодержащих тиоэфиров, а также их окисления и функционализации. Обсуждаются результаты исследования антиоксидантной активности комплексных соединений на основе пиразолсодержащих тиоэфиров.
В третьей главе приводятся экспериментальные подробности выполнения синтезов и методы, использованные для исследования и идентификации соединений.
Достоверность результатов подтверждена с помощью физико-химических методов анализа: ИК-, ЯМР-спектроскопии, хромато-масс спектрометрии, элементного и рентгеноструктурного анализа.
Апробация работы: Основные результаты работы представлены в докладах на 7-й и 11-й Всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2010 г., 2014 г.); XI и XVI Всероссийских научно-практических конференциях студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2010 г. и 2015 г.); 1-ой Международной Российско- Казахстанской конференции по химии и химической технологии (г. Томск, 2011 г.), Всероссийской школе-конференции «Материалы и технологии XXI в» (г. Казань, 2014); 18-ой Международной электронной конференции «Синтетическая органическая химия» (г. Луго, Испания, 2014 г.).
Всероссийской молодежной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (пос. Шерегеш, 2015 г.), 4-ой Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» (г. Томск, 2015 г.)
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных журналов - 4.
Целью работыявляется разработка простых и эффективных способов синтеза гетероциклических лигандов на основе азолов, в которых два или более гетероароматических фрагмента соединены гибким линкером, содержащим атомы серы и ее аналогов, а также их комплексов с ионами переходных металлов.
Задачи работы:
1 Разработать новый простой способ получения пиразолсодержащих дитиоэфиров, а также производных бензотриазола и селеносодержащих лигандов.
2 Исследовать реакции окисления бис(азолил)производных с
дополнительными атомами серы.
3 Разработать способы функционализации пиразолсодержащих
тиоэфиров, синтезировать их иод-, формил- и нитропроизводные.
4 Получить комплексные соединения меди(11) с пиразолсодержащими лигандами. Исследовать антиоксидантную активность синтезированных координационных соединений с ионами меди(11), содержащих пиразолсодержащие тиоэфиры в качестве лигандов.
Научная новизна:
1. Впервые показано, что в реакции сульфида натрия с 1-хлорметилбензотриазолом селективно образуется бензотриазолсодержащий тиоэфир.
2. Впервые исследована реакция окисления 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)диэтилсульфида, а также 1,3-бис(1,2,3-бензотриазол-1- ил)-2-тиапропана. Показано, что варьируя условия синтеза, возможно селективно получать соответствующие сульфоксиды или сульфоны.
3. Синтезированы ранее неизвестные иод-, формил- и нитропроизводные пиразолсодержащих тиоэфиров. Обнаружено, что одновременно с нитрованием 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил) диэтилсульфида происходит окисление атома серы до сульфоксидной группы.
4. Впервые показана возможность использования солей диизотиурония в качестве источников дитиолат-ионов для получения широкого ряда новых пиразолсодержащих дитиоэфиров, имеющих от двух до десяти метиленовых групп между двумя атомами серы. Впервые получен лиганд, содержащий, помимо мягких донорных атомов серы, жесткие донорные атомы кислорода в линкере между пиразольными циклами.
5. Предложен новый способ получения азолсодержащих селеноэфиров,
кристаллическая структура которых установлена методом рентгеноструктурного анализа, данные депонированы в Кембриджском банке структурных данных.
6. Получены ранее неизвестные координационные соединения пиразолсодержащих тиоэфиров с ионами меди(11). Исследованы их физико-химические свойства, а также антиоксидантная активность.
Практическая значимость работы: Предложен новый простой способ получения пиразолсодержащих дитиоэфиров по реакции солей диизотиурония с О-тозилатом 1-(2-гидрокси)-3,5-диметилпиразола, а также методы получения бензотриазолсодержащих и и селенсодержащих тиоэфиров. Разработаны способы функционализации пиразолсодержащих тиоэфиров, получены иод-, формил- и нитропроизводные. В результате эти соединения стали доступны как полупродукты в синтезе комплексных соединений - потенциальных катализаторов и биологически активных веществ. На основе 2,2'-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)диэтилсульфида синтезированы комплексы, обладающие высокими показателями в качестве миметиков супероксиддисмутазы в клеточных системах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Новые способы получения бис(азолил)алканов с дополнительными донорными атомами серы, кислорода и селена в линкере между гетероциклами.
2. Методы функционализации пиразолсодержащих полидентатных тиоэфиров путем введения иод-, формил- и нитрогрупп.
3. Данные об антиоксидантной активности комплексов [1,5-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан]динитратомеди, [1,5-бис(3,5-диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан] диацетатомедьи, а также разнолигантного [1,5-бис(3,5-Диметилпиразол-1-ил)-3-тиапентан][2,2'- бипиридил]нитратомеди(11) нитрата.
Структура диссертации: В первой главе представлен литературный обзор по методам синтеза и применению полидентатных пиразолсодержащих лигандов, а также методам функционализации гетероциклов.
Во второй главе описываются предлагаемые нами способы получения азолсодержащих тиоэфиров, а также их окисления и функционализации. Обсуждаются результаты исследования антиоксидантной активности комплексных соединений на основе пиразолсодержащих тиоэфиров.
В третьей главе приводятся экспериментальные подробности выполнения синтезов и методы, использованные для исследования и идентификации соединений.
Достоверность результатов подтверждена с помощью физико-химических методов анализа: ИК-, ЯМР-спектроскопии, хромато-масс спектрометрии, элементного и рентгеноструктурного анализа.
Апробация работы: Основные результаты работы представлены в докладах на 7-й и 11-й Всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2010 г., 2014 г.); XI и XVI Всероссийских научно-практических конференциях студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2010 г. и 2015 г.); 1-ой Международной Российско- Казахстанской конференции по химии и химической технологии (г. Томск, 2011 г.), Всероссийской школе-конференции «Материалы и технологии XXI в» (г. Казань, 2014); 18-ой Международной электронной конференции «Синтетическая органическая химия» (г. Луго, Испания, 2014 г.).
Всероссийской молодежной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (пос. Шерегеш, 2015 г.), 4-ой Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» (г. Томск, 2015 г.)
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных журналов - 4.
1 Предложен новый простой способ получения пиразолсодержащих дитиоэфиров по реакции солей диизотиурония с О-тозилатом 1-(2-гидрокси)-
3,5 - диметилпиразола.
2 Разработаны методы получения производных бензотриазола и селеносодержащих лигандов.
3 Предложены селективные способы окисления бис(азолил)производных с дополнительными атомами серы и синтезированы первые представители азолсодержащих сульфоксидов и сульфонов.
4 Разработаны способы функционализации пиразолсодержащих тиоэфиров, впервые получены их иод-, формил- и нитропроизводные.
5 Синтезирован широкий ряд комплексных соединений меди(11) с пиразолсодержащими лигандами. Установлена антиоксидантная активность синтезированных координационных соединений с ионами меди(11), содержащих пиразолсодержащие тиоэфиры в качестве лигандов. Показано, что разнолигантный комплекс, включающий молекулу 2,2'-бипиридила, перспективен для создания новых миметиков фермента супероксиддисмутазы.
3,5 - диметилпиразола.
2 Разработаны методы получения производных бензотриазола и селеносодержащих лигандов.
3 Предложены селективные способы окисления бис(азолил)производных с дополнительными атомами серы и синтезированы первые представители азолсодержащих сульфоксидов и сульфонов.
4 Разработаны способы функционализации пиразолсодержащих тиоэфиров, впервые получены их иод-, формил- и нитропроизводные.
5 Синтезирован широкий ряд комплексных соединений меди(11) с пиразолсодержащими лигандами. Установлена антиоксидантная активность синтезированных координационных соединений с ионами меди(11), содержащих пиразолсодержащие тиоэфиры в качестве лигандов. Показано, что разнолигантный комплекс, включающий молекулу 2,2'-бипиридила, перспективен для создания новых миметиков фермента супероксиддисмутазы.



